CN100416863C - 廉价多晶硅薄膜太阳电池 - Google Patents

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Abstract

一种廉价多晶硅薄膜太阳电池，结构为背电极/衬底/制有P-N结的多晶硅薄膜/栅状上电极，在电池入射光表面有氮化硅减反射膜，其特征在于：在衬底和制有P-N结的多晶硅薄膜之间还有重掺P+层及阻挡衬底杂质向多晶硅薄膜扩散的SiO2隔离层；所说的衬底是选用低品质的多晶硅片，其纯度＜4N。本发明的最大优点是：在衬底和制有P-N结的多晶硅薄膜之间增加了SiO2隔离层和重掺P+层，使得低品质的多晶硅片衬底顺利用于太阳电池，大大降低了电池的制作成本，有利于薄膜太阳电池的产业化，进而有利于低成本光伏发电的实现。

Description

廉价多晶硅薄膜太阳电池
技术领域
本发明涉及硅太阳电池，特别是指一种以廉价低品质多晶硅为衬底的多晶硅薄膜太阳电池。
背景技术
多晶硅薄膜太阳电池由于具备高效率的潜力以及低成本的双重优势，被认为最有可能取代常规的体硅太阳电池，在过去十几年来引起人们极大兴趣并得到广泛的研究。多晶硅薄膜太阳电池的研究重点在两个方面：一是电池衬底的选择，二是制备工艺。多晶硅薄膜电池的制备工艺基本有两种技术路线：高温路线和低温路线。高温路线是指薄膜沉积温度及电池制作过程大于800℃的方法，低温路线是指薄膜沉积及电池工艺过程均低于650℃，不同的温度范围决定了所采用的衬底材料也不同。低温沉积尽管具有成本低的优势，但沉积速率慢、产量低、薄膜质量不高、电池效率低，这对其产业化发展十分不利。高温沉积多晶硅薄膜质量好，沉积速率快，电池效率高，远可以补偿高能耗带来的经济损失，众多的研究机构还是选用高温沉积的方法制备多晶硅薄膜，特别是化学气相沉积(CVD)配合区熔再结晶(ZMR)工艺，是现今生产多晶硅薄膜的主流。采用此工艺得到的单结多晶硅薄膜太阳电池的最高效率达19.2％。为了制备出高性价比的多晶硅薄膜太阳电池，衬底材料除了应满足与硅的热膨胀系数匹配、机械强度高及化学性质稳定、高温下与硅不发生反应等基本要求外，还必须价格低廉。如果单纯从材料的性能方面考虑，高纯度、高品质的单晶硅片无疑是非常理想的多晶硅薄膜太阳电池的衬底材料，但其价格昂贵。为了降低光伏发电的成本，就需要选用满足上述基本性能要求的廉价衬底材料。然而，在高温工艺过程中，廉价衬底中的杂质易向薄膜中扩散，会影响电池的性能，降低电池的效率。
发明内容
针对上述已有技术存在的问题，本发明的目的是通过对电池结构设计的改进，提供一种以廉价低品质多晶硅为衬底的多晶硅薄膜太阳电池，以便降低光伏发电的成本。
本发明的多晶硅薄膜太阳电池，结构为背电极/衬底/制有P-N结的多晶硅薄膜/栅状上电极，在电池的入射光表面有氮化硅减反射膜，其特征在于：在衬底和制有P-N结的多晶硅薄膜之间还有重掺P+层和SiO2隔离层，在SiO2隔离层中开有可使背电极和上电极构成电回路的窗口；所说的衬底选用低品质的多晶硅片，其纯度＜4N；所说的SiO2隔离层厚度大于等于2μm。
采用SiO2隔离层的目的是阻挡衬底杂质向多晶硅薄膜扩散。在SiO2隔离层上光刻出一些窗口，使电极可做在电池的正反两面，大大简化了电池的制作工艺。
本发明的最大优点是：在衬底和制有P-N结的多晶硅薄膜之间增加了SiO2隔离层和重掺P+层，使得低品质的多晶硅片衬底顺利用于太阳电池，大大降低了电池的制作成本，有利于薄膜太阳电池的产业化，进而有利于低成本光伏发电的实现。
附图说明
图1为本发明的多晶硅薄膜太阳电池的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明：
(1)衬底2预处理：选用重掺杂的低品质多晶硅片，其纯度＜4N，采用半导体清洗工艺对衬底表面初清洗，用氢氧化钠腐蚀硅片，以去除硅片表面机械切痕与损伤，用5％的氢氟酸去除表面二氧化硅层，然后将衬底用去离子水清洗数遍，氮气吹干。
(2)等离子增强化学气相沉积(PECVD)法沉积二氧化硅隔离层3：以SiH4和N2O作为反应气体，PECVD法沉积一层大于等于2μm厚的SiO2隔离层。
(3)在SiO2隔离层上光刻出一些窗口301，窗口不宜过大，以免衬底杂质向多晶硅薄膜扩散，窗口尺度取80μm2-100μm2，间隔250μm为好。
(4)快热化学气相沉积(RTCVD)法沉积重掺杂P+层4：H2、SiH2Cl2和B2H6分别作为载气、反应剂及P型掺杂剂，采用RTCVD法沉积5～10μm厚的重掺杂P+层多晶硅薄膜。
(5)PECVD法沉积二氧化硅保护层：以SiH4和N2O作为反应气体，PECVD法沉积一层约2μm厚的SiO2保护层。
(6)区熔再结晶(ZMR)：在ZMR系统中，硅片的下表面经卤钨灯产生的光辐照加热，温度可快速上升至1000-1200℃，样品的上表面由一只聚光腔内的卤钨灯灯光聚焦成的线状光束加热，从而在试样表面产生一线状熔区，通过再结晶，增大了P+层的晶粒尺寸，使之成为生长P型多晶硅薄膜的籽晶层。以其作为籽晶层可提高沉积的外延P型层薄膜的晶粒尺寸，改善薄膜的性能，进而可提高太阳电池的效率；重掺P+层还可与外延P型层形成背电场，可同时提高电池的短路电流和开路电压；而且，重掺P+层还有一定的吸杂作用，可阻挡杂质向P型层的扩散。
(7)刻蚀去除二氧化硅保护层。
(8)RTCVD法沉积P型多晶硅薄膜5：H2、SiH2Cl2和B2H6分别作为载气、反应剂及P型掺杂剂，沉积温度为1150～1200℃，掺硼浓度控制在1016cm-3左右，薄膜厚度为20-30μm。
(9)热扩散制备N型扩散层6：以POCl3液态源作为扩散源，扩散温度为850～900℃，扩散后的方块电阻控制在55-65Ω/□。
(10)电极制作：真空蒸镀Ti/Pd/Ag背电极1，背电极烧结，掩模蒸镀Ti/Pd/Ag上电极7。
(11)沉积氮化硅减反射膜8：以(4.5％SiH4+95.5％N2)和NH3作为反应气体，采用高频(13.56Hz)PECVD工艺沉积，高频功率为150W，衬底温度400℃，控制氮化硅薄膜的厚度在70～75nm。氮化硅减反射膜可减少电池表面对光的反射，提高电池的效率。

Claims (2)

1. 一种廉价多晶硅薄膜太阳电池，结构依次为背电极(1)、衬底(2)、制有P-N结的多晶硅薄膜、栅状上电极(7)，在电池的入射光表面有氮化硅减反射膜(8)，其特征在于：在衬底(2)和制有P-N结的多晶硅薄膜之间还依次制有SiO2隔离层(3)、重掺杂P+层(4)；在SiO2隔离层中开有可使背电极和上电极构成电回路的窗口(301)；所说的衬底(2)是选用低品质的多晶硅片，其纯度＜4N。
2. 根据权利要求1的一种廉价多晶硅薄膜太阳电池，其特征在于：所说的SiO2隔离层厚度大于等于2μm。
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Assignee: Shanghai ideal electronic technology (Dongtai) Co., Ltd.

Assignor: Shanghai Inst. of Technical Physics, Chinese Academy of Sciences

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Denomination of invention: Cheap polysilicon thin film solar cell

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